Моніторинг резервуарів для зберігання нафти і нафтопродуктів
Рішення
Скануючий тахеометр Trimble SX10
ПЗ Trimble RealWorks Advanced - TankEdition
Нівелир Trimble DiNi 0.7
ПЗ Trimble Business Center
Приклад проекту
Моніторинг резервуарів для зберігання нафти і нафтопродуктів методами наземного лазерного сканування
Безпечна експлуатація нафтоналивних резервуарів, наприклад резервуарів вертикальних станцій (РВС), має на увазі регулярні інспекції конструкції на перевірку відповідності вимогам, визначених в нормативних документах. Резервуари для зберігання нафти і нафтопродуктів відносяться до об'єктів підвищенної екологічної небезпеки, оскільки працюють в складному напружено-деформованому стані, що обумовлений одночасною дією гідростатичного тиску нафтопродукту, що зберігається, значного перепаду температур, вітрового і снігового навантаження, нерівномірними опадами і сейсмічними явищами.
Методами класмчної геодезії отримати потребуємий об'єм якісної і кількостної інформації в короткі строки неможливо, але лазерне 3D сканування дозволяє вирішувати такі задачі максимально ефективно.
Нормативно-правова база на сьогоднішній день дозволяє використовувати методи наземного лазерного сканування (НЛС) для виконання точних вимірювань РВС, наприклад визначення відхилень вертикальних утворюючих і поясів резервуару. Методи НЛС мають ряд суттєвих переваг, в порівнянні з ьрадиційними методами деформаційного мониторинга, наприклад з застосуванням тахеометра для зйомки характерних точок конструкції. Методи НЛС дозволяють суттєво скоротити трудоємність процесу вимірювань і підвищити точність:
- Висока деталізація і точність данних
- Низька частка польового етапу в загальних трудовитратах
- Висока ступінь автоматизації, що практично виключає вплив суб“єктивних факторів на результат лазерного сканування
- Перехід до роботи з високоточною моделью 3D резервуара
Рішення Trimble
Корпорація Trimble, є однією з найбільших світових виробників обладнання і програмного забезпечення в області точних геодезичних вимірювань, в тому числі постачальником спеціалізованих рішень для задач деформаціонного мониторинга резервуарів. Рішення Trimble для мониторинга РВС методами лазерного 3D сканування може включати наступні компоненти:
- Скануючий тахеометр Trimble SX10 - 3D сканування резервуара; вимірювання осадкових марок; розвиток знвмального обгрунтування
- Цифровий нівелір Trimble DiNi 0.7 - геометричне нівелювання грунтових реперів і осадкових марок
- Програмне забезпечення Trimble Business Center - урівнення опорної мережі і хмар точок, створення топографічних матеріалів
- Програмне забезпечення Trimble RealWorks Advanced - Tank Edition - обробка хмар точок лазерного 3D сканування, ввимірювання параметрів резервуара і визначення їх відхилень, формування інспекційних звітів.
Скануючий тахеометр Trimble SX10 є одночасно дальнобійним сканером і високоточним роботизованим тахеометром, з можливістю дистанційного керування зйомкою.
Trimble SX10 дозволяє об'єднувати високоточні геодезичні вимірювання і данні 3D сканування високої щільності, а також здійснювати прив“язку опорних точок сканування в необхідну систему координат одразу під час виконання робіт.
Такий підхід дозволяє виключити помилки і підвисити швидкість і точність виконання робіт. Хмари точок з“являються одразу в системі координат користоувача, тим самим не потребують подальшої регистрації сканів і контролю перекриття між ними, а також не потребують цілі і марки. Функція виділення ділянки сканування дозволяє виділити сканування тільки необхідних ділянок і оптимізувати час роботи.
Дальність сканування до 600 м вимірювань без відбивача до 800 м, при міліметровій точності, а також температурний режим від - 20 С до + 50 С є хорошими галузевими показниками.
Програмний модуль Trimble RealWorks Advanced - Tank Edition є спеціалізованим модулем в пакеті програм Trimble RealWorks і призначен для створення 3D моделі резервуара за хмарами точок і обробки вимірювань при деформаційному моніторинзі РВС. Данна модель дозволяє автоматично класифікувати нафтові резервуари з їх елементами по данним лазерного сканування і проводити вимірювання параметрів резервуара:
- відхилення від вертикалі;
- базова висота;
- нахил резервуара;
- ухил вимощення;
- горизонтальність окрайки;
- аналіз дефектів поверхні резервуара
також автоматизує підготовку стандартизованих звітів по результатам моніторинга, у відповідності з міжнародними вимогами.
Trimble SX10 - універсальний високоточний інструмент, що об'єднує функції швидкого сканування, геодезичних вимірювань і записи з каліброваних зображень і панорам
- Дальність сканування 600 м, швидкість 26,600 Hz, найвузкіша пляма лазера - розбіжність 14 мм на 100 м
- Технологія Trimble Lightining 3DM для високоточних тахеометричних вимірювань до 800 м без відбивача і високошвидкісного 3D сканування
- Температурний режим від - 20 С до + 50 С
- Повна інтеграція з технологічними процесами програмного забезпечення Trimble Access і Trimble Business Center
Trimble RealWorks Advanced - Tank Edition дозволяє автоматизувати обробку данних сканування, аналіз параметрів резервуара і підготовку звітів:
- ретельний аналіз данних наборів лазерного сканування
- створення високоточної 3D моделі резервуара
- виявлення зон поза припустимих значень на корпусі резервуара
- підготовка інспекційних звітів у відповідності з галузевими стандартами
Приклад проекту моніторинга резервуарного парку методами НЛС
В рамках наданого проекту роботи виконувалися в жовтні 2019 року на промисловому майданчику нафтогазової компанії.
Моетою робіт було визначення деформації 5-ти РВС, виконання геометричного нівелювання осадових марок і отримання порівняльних данних за їх висотними позначками. Нижче приведено опис виконаних робіт на прикладі РВС Nо2 3000 м3.
Об'єм польових робіт визначався інструкціями РД і включав наступні етапи:
- Вимірювальні роботи
(скануючий тахеометр Trimble SX10)
- виконання 3D сканування РВС і промислового майданчику
- зйомка осадових марок днища РВС
- розвиток знімального обгрунтування від опорних пунктів (ПЗ Trimble Business Center)
2. Роботи по нівелюванню (цифровий нівелір Trimble DiNi 0.7)
Роботи по нівелюванню
- геометричне нівелювання II класу грунтових реперів
- геометричне нівелювання IV класу оадових марок РВС (може виконуватися скануючим тахеометром Trimble SX10)
Після виконання польових робіт по 3D скануванню 5-ти РВС і промислового майданчику в програмному забезпеченні Trimble Business Center була виконена автоматична класифікація хмар точок задля мети розділення данних і створення топографічних материалів, а також було виконане урівнення опорної мережі і хмар точок.
Далі був виконаний імпорт хмар точок в програмний модуль Trimble Real Works Advanced-Tank Edition для обробки данних сканування, виконання вимірювань параметрів резервуара і визначення деформації РВС.
Після імпорту і обробки хмар точок в модулі Trimble Real Works Advanced-Tank Edition були виконанені вимірювання характерних параметрів резервуара і визначення відхилень від номінальних за наступною методикою:
На першому етапі виконується імпорт хмар точок в програмний модуль для автоматичної класифікації резервуара і його складових частин:
- тип резервуара: вертикальний або горизонтальний
- вид сканування: ззовні чи зсередини
- автоматичне розроділення хмар точок (авто-класифікація) на елементи:
– криша РВС
– стінки РВС
– технологічне обладнання (патрубки, люки, труби, сходи та ін.) – фундамент РВС (днище)
- На наступному етапі вказуюються бізові рівні стінки резервуара: верхній і нижній.
- Далі будуються вертикальні утворюючі стінки і визначаються пояси резервуара. Вертикальні утворюючі і пояси будуються автоматично вертикальною сікучою площиною, проходячи через центр резервуара і базову точку утворюючої, що розташована на краю днища.
- Далі вимірюються відхилення утворюючих стінки на визначених висотах від заданої вертикальної площини, що побудована з базової точки. Визначається зсув стінок, відносно номінального положення. Допуск встановлюється в нормативно-технічних і керуючих документах.
Якщо значення не допустиме, то програма сповіщує про це і подальша оцінка кількісних і якісних характеристик деформацій (вм“ятин або опуклостей) виконується за напружено- деформованою моделлю. Усі вимірювання проводяться в автоматичному режимі. При цьому присутня можливість проведення ручного контролю вимірювань.
- На останньоиу етапі формується стандартизований звіт по кожній утворюючій і кожному поясу резервуара, наданий у звіті об'єм інформації відповідає міжнародному стандарту API 653, у звіті відображаються:
- базова інформація по резервуару;
- таблиці відхилень: фактичне значення і визначення допуск/недопуск (в залежності з РД)
- графічна інформація
Результат
Апаратні і програмні рішення Trimble, що використовуються дозволили суттєво автоматизувати процес інспекції РВС. Були скорочені ризики виникнення помилок при вимірюваннях і обрабці данних, а таож суттєво зменшені трудовитрати на проект. В рамках проекту були визначені відхилення вертикальних утворюючих і поясів резервуара, визначені позначки осадових марок.
Час польових робіт по лазерному 3D скануванню 5-ти РВС і промислового майданчику склали один робочий день силами двох спеціалістів, що в два рази ефективніше за трудовитратами в порівнянні з класичними методами. Час камеральної обробки вимірювань і отримання стандартизованих інспекційних звітів по усім 5-ти резервуарам склало близько двох годин.
Запропонований підхід дозволив оптимізувати витрати ресурсів на усіх етапах виконання робіт з деформаційного моніторингу резервуарів, починаючи зі збирання високоточних данних, детального аналізу параметрів резервуара, виявлення зон не відповідності і підготовки інспекційного звіту.
Рішення Trimble дозволяє перейти до роботи з високоточною 3D моделлю резервуара, без використання зовнішніх CAD програм, а також оптимізувати інвестиції в обладнання, за рахунок використання універсального інструмента SX10 для рішення декількох вимірювальних задач.